Ny metode til materialeforskning bliver hundrede gange stærkere

Forskere fra Det Naturvidenskabelige Fakultet ved University of Oulu har øget følsomheden af ​​en spirende spektroskopisk metode med lovende anvendelser til materialestudier.

Alle atomer, der udgør det almindelige stof i universet, har kerner, hvoraf de fleste opfører sig som mikroskopiske stangmagneter. Hvis den er korrekt orienteret i rummet, disse magnetiske øjeblikke kan forårsage små ændringer i lysets egenskaber, når det passerer gennem materialet, i såkaldte kernemagneto-optiske (NMO) fænomener. NMO -effekter, den første er blevet observeret i 2006, muliggøre nye metoder til undersøgelser af materialer og molekyler. Med evnen til at undersøge sagen ved opløsning af individuelle atomer, uden permanent at ændre prøveegenskaberne NMO -tilgange giver et værdifuldt vindue til materiens egenskaber, som kun få metoder kan give. I denne henseende, NMO -metoderne ligner nuklear magnetisk resonans, som bruges meget i kemi, samt magnetisk resonansbilleddannelse, et ekstremt kraftfuldt medicinsk diagnostisk værktøj.

NMR Research Unit ved Det Naturvidenskabelige Fakultet har været aktiv inden for NMO siden 2008 og har betydeligt bidraget til udviklingen af ​​dens teori. På det sidste, gruppen har også været involveret i udviklingen af ​​eksperimentelle NMO -teknikker.

Det ultimative formål med NMO-forskningen er at levere optiske data med høj følsomhed med atomopløsning om det undersøgte materiale. Det er afgørende at forbedre den spektroskopiske følsomhed, således at mindre prøver kan måles og oplysninger af højere kvalitet kan opnås.

Følsomhedsforbedringen kan opnås ved særlige teknikker kaldet hyperpolarisering, når atomkernes mikroskopiske magneter er orienteret i den ønskede retning i langt større grad end muligt under omgivelsesbetingelser. I det nyeste papir, offentliggjort i Journal of Physical Chemistry Letters , forskerne Petr Štěpánek og Anu Kantola fra NMR Research Unit har vist, hvordan dette kan opnås ved brug af specielt forberedt hydrogengas.

Hydrogengasmolekyler kan være til stede i to former, det såkaldte ortho- og para-hydrogen, som adskiller sig ved den gensidige orientering af deres egne to nukleare magnetiske øjeblikke. Den høje grad af orienteringsorden i gassen, der indeholder et overskud af para-brint, kan via en katalytisk reaktion overføres til det undersøgte molekyle, hvilket fører til en stigning i det observerede signal.

Forskerne har brugt denne metode i en ny kombineret tilgang og forbedret følsomheden af ​​NMO -målinger med en faktor på mere end hundrede. Dette tillader målinger af stoffer, der ellers ikke ville være levedygtige, og åbner nye muligheder for videreudvikling af dette nye og spændende felt.